地球大数据究竟可以用来做什么？

白伟伦 张岩

当下，全球新一轮科技革命和产业变革深入推进。作为科学大数据重要组成部分的地球大数据，正在成为地球科学的重要前沿领域。地球大数据究竟可以用来做什么？在应用中我国科学家提出了哪些先进解决方案？“科创中国”平台特别采访了中国科学院院士、中国科学院空天信息创新研究院研究员、可持续发展大数据国际研究中心主任郭华东，他提出的数字地球理论框架和概念模型，主持研制完成的“数字地球原型系统”，被国际同行认为是具有“里程碑意义的贡献”。在本次分享中，郭华东院士将带我们走近“神通广大”的地球大数据科学。

地球大数据解译“沧海桑田”

1998年，“数字地球”概念被首次提出。利用数字技术和遥感可将地球及其活动和环境的时空变化数据存入分布全球的计算机中，构成庞大的信息模型，进而帮助科学家研究全球变化与社会可持续发展。历经约20年的积累，我国遥感和数字地球的研究和应用已经处在世界前列。

“我常跟学生说，我们从事的工作就是坐着卫星看地球。”40多年来，郭华东院士始终立足于遥感科学的前沿研究，亲身参与并推动了中国遥感科学事业的长足进步，他用遥感技术和数字地球手段，观测自然界的万千景象，亲历并见证了祖国日新月异的变化。

郭院士举例说，遥感图像直观记录了深圳从一个小渔村蜕变成千万级的人口大城市，如果按年份连续播放黄河三角洲地区几十年的遥感图，你也会惊喜地发现，连续多年的补水有效遏制了湿地退化等现象，生态得到修复，湿地生物多样性稳定增长，越来越多的鸟儿来到這里栖息繁衍，这就是遥感大数据的魅力所在。

在科学技术不断发展的今天，人们通过对地观测、地表传感器网络、遥感技术等手段，获取了海量的地球科学数据，这些数据统称为地球大数据。那么，地球大数据究竟可以用来做什么？

“数字地球技术在全球性的灾害监测中发挥着巨大的作用。”郭华东院士指出，在监测、预测、分析这些灾害现象后，灾害的信息将呈报到决策部门，由决策部门及时地对受灾群众进行解救，采取举措防止灾害的进一步发生。

近年来，中国学者基于24年的观测和再分析材料，建立了机器学习框架，实现了长达2天的台风预报，台风48小时预报准确率超过85%。在海冰预报上，我国学者基于北纬30度以北36年的全部观测数据，利用大数据时空网络分析方法，获得了北极海冰覆盖范围的6种显著时空影响要素。作为科学大数据重要组成部分的地球大数据，正在成为地球科学的重要前沿领域。

地球大数据为“一带一路”架设“天桥”

数字地球与人类的发展息息相关，如何让数字地球起到更大的作用，也是全球科学家们苦苦追求的命题。2016年5月，我国正式启动“数字丝路”国际科学计划，力求通过地球大数据，为“一带一路”可持续发展目标的实现提供科学支持。

“一带一路”建设中，大数据调研可以成为决策的基础和前提。当我们掌握了更系统、详尽的数据信息后，专家学者们对于“一带一路”的研究也更深入、客观，沿途的地区和国家在数据使用过程中也就更加得心应手。

郭华东院士谈到，“中国本身就是全球最大的数据产地，也是最大的数据应用市场。在‘一带一路的信息化建设过程中，中国的经验和能力能够为沿途的地区和国家建立起连接的桥梁，推动实现‘一带一路的繁荣发展，助力填补、消除沿线国家存在的‘数字鸿沟。”

2023年，领导“数字丝路”国际科学计划的中国科学家团队正式发布面向联合国可持续发展目标的《地球大数据助力“一带一路”可持续发展》报告，身为“数字丝路”国际科学计划主席，郭华东对于7年收获的一系列重要进展和成果如数家珍。

“一带一路”地球大数据分析与决策支持系统方面，包括地球大数据高效存储与检索子系统、综合决策支持子系统、决策信息产品生产子系统、数据信息可视化子系统4套可实际运行系统，能实现3种核心信息和决策支持技术能力；“一带一路”环境资源评估技术方法体系方面，构建自然资源调查与检测、环境评价、气候模拟及极端天气危害、人类活动影响等方面的研究范式；“一带一路”可持续发展目标评估方面，地球大数据支持全面监控动态的陆地、海洋、大气和人类活动。

数字技术在促进落实联合国2030年可持续发展议程上的重要作用已形成广泛共识。郭华东院士指出，“数字丝路”国际科学计划将围绕全球发展倡议内涵，为“一带一路”国家提供全方位的数据服务、科技支撑、人才培养和智库支持，使其成为推动和实现联合国2030年可持续发展议程、全球发展倡议的坚实的科技平台。

中国方案为全球可持续发展注入“强心针”

2015年，联合国发布可持续发展目标议程，旨在以综合方式全面解决社会、经济和环境3个维度的发展问题，从而使人类走向可持续发展道路。

多年来，虽然支撑可持续发展目标监测与评估的数据显著增加，但参照2021年发布的联合国可持续发展目标（SDGs）指标分类标准，仍有97项指标处于有评估方法但无数据状态。指标数据的严重不足成为监测和评估SDGs的主要挑战之一。

据郭华东院士介绍，地球大数据由具有空间属性的与地球科学相关联的大数据构成，包括陆地、海洋、大气及人类活动数据，不仅具有体量大、来源广、价值高等大数据的一般特性，同时也具备高瞬时性、任意空间性、物理相关性等特点，可促进理解地球自然系统与人类社会系统间复杂的交互作用和发展演进过程，从而为实现可持续发展目标做出重要贡献。

作为国家战略科技力量主力部队的中国科学院，早在2018年就启动了A类战略性先导科技专项“地球大数据科学工程”，专项系列成果不仅揭示了地球大数据技术对监测和评估SDGs的应用价值和前景，同时也为国际社会填补了数据、方法论和技术平台的空白。

2021年9月，可持续发展大数据国际研究中心在北京正式成立。该中心依托中国科学院建设，是全球首个致力于以大数据服务联合国可持续发展目标的国际研究机构。同年11月5日10时19分，全球首颗专门服务联合国2030年可持续发展议程的可持续发展科学卫星1号，在太原卫星发射中心发射升空。卫星设计搭载的热红外、微光及多光谱成像仪三种载荷，均拥有300公里幅宽的数据获取能力，11天可实现全球覆盖，实现人类活动痕迹的精细刻画，为表征人与自然交互作用的SDGs指标提供专属数据支撑。

加快落实2030年可持续发展议程，推动全球实现更强劲、绿色的发展，需要强大的科技创新支撑。为此，郭华东院士倡议，应坚持创新驱动大方向，共同跨越数字鸿沟，进一步推进“共享、共用、共惠”的合作理念，构建数字合作新格局，为推动全面深入加快落实2030年议程做出科技贡献。

（来源：科创中国）